Durch den Einsatz in Industrie und Gebäudeverwaltung erschließen digitale Zwillinge die Möglichkeiten von Augmented, Mixed und Virtual Reality, Paired Cloud, künstlicher Intelligenz und Edge-Computing.
In den letzten Jahren haben sich digitale Zwillinge zu einem von drei IIoT-Trends entwickelt, denen Hersteller unbedingt Beachtung schenken sollten. Das Konzept hinter dem digitalen Zwilling ist bereits etabliert, die für seine Verbreitung erforderliche Unterstützung ist aber erst jetzt verfügbar. Dazu gehört eine gemeinsame Sprache, um die gebaute Realität auf einfache Weise zu modellieren.
Was sind digitale Zwillinge?
Digitale Zwillinge sind physisch exakte, KI-fähige virtuelle Darstellungen von Objekten, Umgebungen oder Prozessen, die perfekt mit der realen Welt synchronisiert sind. Sie ermöglichen es Unternehmen, virtuelle „Was-wäre-wenn“-Experimente ihrer Produktionsumgebungen durchzuführen, ohne dass tatsächlich Unterbrechungen entstehen. Beispielsweise kann anhand von Daten, die von der Ausrüstung in einer Fabrikhalle erfasst werden, vorhergesagt werden, warum und wie die Ausrüstung ausfallen könnte. Ebenso können Daten, die von Sensoren und IoT-Geräten in einem Lagerhaus erfasst werden, dem für die Lieferkette verantwortlichen Team helfen, zukünftige Bestandskosten einzusparen.
Die Simulation mit digitalen Zwillingen könnte die Forschung beschleunigen und Geld und Ressourcen sparen
Energieversorger und andere Akteure im Bereich der erneuerbaren Energien simulieren anhand digitaler Zwillinge bereits die Effizienz von Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen. Mithilfe historischer Daten von Wetterstationen und künstlicher Intelligenz in der Cloud können Ingenieure mit neuen digitalen Modellen beispielsweise die optimale Position von Windkraftanlagen bestimmen, um die beste Effizienz zu erzielen und die Stromerzeugung zu steigern.
Anhand eines digitalen Zwillings lässt sich die Leistung eines Windparks noch vor dem Bau ermitteln. Darüber hinaus können die Entwickler Daten von bestehenden Windkraftanlagen nutzen, um zukünftige Entwürfe zu modellieren, verschiedene Konfigurationen anzupassen und die optimale Windkraftanlage für den Standort zu bauen.
Digitale Zwillinge unterstützen die Verwaltung von Gebäuden und Geländen
Das Brookfield One Manhattan West (OMW)-Gebäude ist ein knapp 200.000 m² großer hochmoderner Büroturm im New Yorker Gebäudekomplex Manhattan West. Vor dem Bau wollte Brookfield ein digitales Gebäudemodell. Insbesondere interessierte man sich für die Digital-Twin-Technologie, um ein virtuelles Modell des Gebäudes zu erstellen, das direkt mit der Infrastruktur verbunden ist.
Mit Tausenden von Sensoren und Gateways im Gebäude stellte Brookfield von Anfang an sicher, dass alle Ressourcen im Gebäude vernetzt waren und Daten nahtlos an die Verwaltungszentrale gesendet wurden. Alle erfassten Daten werden konsolidiert und zur Analyse in die Cloud gesendet.
Mithilfe des durch Augmented Reality erweiterten digitalen Zwillings erkennen die OMW-Betreiber sofort potenzielle Probleme und können umgehend handeln. Wenn zum Beispiel ein Aufzug nicht richtig funktioniert, kann ein Techniker ihn direkt an der digitalen Nachbildung deaktivieren und ein Team zur Reparatur schicken. Darüber hinaus können die Live-Daten der Sensoren visualisiert werden, um festzustellen, wann ein wichtiges Teil der Ausrüstung ausfallen könnte, und es vorher zu ersetzen. Das ist vorausschauende Wartung.
Gebäudeverwalter und Energieversorger können mithilfe des digitalen Zwillings außerdem die optimale Nutzung von HLK-Anlagen nachvollziehen und simulieren. Durch die Analyse der Sensordaten von Thermostaten und die Erstellung einer virtuellen Simulation können sie experimentieren, indem sie die Leistung verschiedener Einheiten anpassen, um Bewohnern und Nutzern den größtmöglichen Komfort zu bieten und gleichzeitig den Stromverbrauch zu optimieren. Sensoren können außerdem die Nutzung von Räumen und Bereichen in Echtzeit anzeigen und Temperatur und Luftfeuchtigkeit entsprechend anpassen.
Dasselbe Konzept lässt sich auf mehrere Gebäude im selben Gebiet anwenden, sodass eine intelligente Stadtlösung entsteht.
„Wenn wir jetzt den möglichen Wert in der Betriebsphase betrachten – für Bewohner, Besucher, Nutzer oder den Betreiber des Gebäudes –, verwenden wir den Digital-Twin-Ansatz. Das bedeutet, Daten zu aggregieren und dann diese neuen Anwendungsfälle für Gebäudetechnik in die gebaute Umgebung zu übertragen, um Mehrwert zu schaffen“, erklärt Elisa Rönkä, Global Head of SaaS Sales für digitale Gebäude bei Siemens.
Omniverse – die Digital-Twin-Lösung für industrielle Anwendungen
Laut NVIDIA entwickeln Unternehmen mit NVIDIA Omniverse™ Enterprise, das auf NVIDIA® OVX™ bereitgestellt wird, physisch exakte, KI-fähige, virtuelle Simulationen, die perfekt mit der realen Welt synchronisiert sind.
Amazon Robotics, der Forschungszweig von Amazon für Automatisierung, verfügt über eine halbe Million mobiler Antriebsroboter für die Lagerlogistik. Die meisten dieser Roboter sind Pods, die sich im Lagerhaus bewegen, Regale an Fulfillment-Stationen liefern oder ganze Einrichtungen transportieren.
Nun baut Amazon Robotics KI-fähige digitale Zwillinge für seine Lagerhäuser in NVIDIA Omniverse Enterprise, um Lagerhausdesign und -abläufe zu optimieren, intelligentere Roboterassistenten zu trainieren und die Produktivität insgesamt zu steigern.
Ericsson, der führende Anbieter von Mobilfunkinfrastrukturen, setzt digitale Zwillinge ein, um die Bereitstellung neuer 5G-Netze zu testen und zu optimieren. Das Unternehmen erstellt mithilfe von NVIDIA Omniverse Enterprise virtuelle Darstellungen von Städten, um die beste Positionierung der neuen Zellen für eine optimale 5G-Abdeckung zu simulieren. Mit NVIDIA RTX-beschleunigtem Echtzeit-Raytracing ist die präzise Darstellung der Signalqualität an jedem Punkt der Stadt in Echtzeit möglich.
Dies sind nur einige Beispiele für den möglichen Einsatz von digitalen Zwillingen in verschiedenen Branchen. Derzeit wird die Technologie zum Testen und Trainieren autonomer Maschinen, zur Validierung autonomer Fahrzeuge, zur Simulation kritischer Wetterszenarien, in der Klimaforschung, zur medizinischen Fortbildung und zur Transformation der Fertigung eingesetzt.
Augmented Reality und digitale Zwillinge verändern die Arbeitsweise der Menschen
Durch den Einsatz von Augmented-Reality-Headsets und digitalen Simulationen verändert sich in viele Branchen die Arbeitsweise, z. B. von Technikern, Fabrikarbeitern und medizinischem Fachpersonal.
Heutzutage können Ingenieure mithilfe von Augmented Reality komplexe Abläufe von einem entfernten Standort aus durchführen, während ein Servicemitarbeiter vor Ort dies in Echtzeit am realen Objekt tut. Der Ingenieur kann die Arbeit des Mitarbeiters verfolgen und anhand eines digitalen Zwillings genaue Anweisungen für die erforderlichen Schritte geben.
In einigen Krankenhäusern werden mittlerweile chirurgische Eingriffe remote mit hochauflösenden Kameras und Sensoren durchgeführt. Die Remote-Ärzte können das lokale Operationsteam anleiten oder Roboterarme verwenden, um komplizierte Eingriffe durchzuführen.
Mithilfe von künstlicher Intelligenz, Augmented Reality und digitalen Zwillingen optimieren Flottenbetreiber Frachtrouten und sparen so Zeit und teuren Treibstoff.
Digitale Zwillinge beginnen gerade erst, die Branchen zu revolutionieren – das Beste kommt noch
Vor 60 Jahren schuf die NASA eine der ersten Versionen eines digitalen Zwillings, um die Mondlandefähre zu simulieren. Einige der Ingenieure, die an diesem Projekt beteiligt waren, sind noch am Leben und werden von den Möglichkeiten der heutigen Technologie begeistert sein.
Als Folge von digitaler Transformation, Big Data und Simulationstechnologien beginnen digitale Zwillinge, in vielen Branchen Fuß zu fassen. Die kommenden Jahre werden das Potenzial von Echtzeitsimulation, Visualisierung, Augmented und Mixed Reality sowie die Möglichkeiten der Cloud in vielen Bereichen des täglichen Lebens offenbaren.
Wir brauchen heute mehr denn je Technologien wie digitale Zwillinge, die uns helfen, die CO2-Emissionen zu verringern, unsere Betriebsabläufe zu optimieren, um das Abfallaufkommen zu reduzieren, und eine nachhaltigere Zukunft zu schaffen.
